Ученые создали долговечный катализатор для водородных топливных элементов
Новая углеродная структура удерживает мельчайшие частицы платины и кобальта и не дает им укрупняться. Разработка может снизить расход платины и повысить надежность топливных элементов для транспорта и центров обработки данных.
Источник: Ган Ву и его коллеги разработали полые наноуглеродные сферы, содержащие упорядоченную радиальную матрицу наноканалов, которые будут использоваться в качестве носителей в их новой конструкции высокопроизводительных катализаторов топливных элементов на основе интерметаллических наночастиц.
МОСКВА, 9 августа /Новости науки/. Американские ученые создали долговечный катализатор для низкотемпературных водородных топливных элементов. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Разработка может помочь уменьшить количество дорогостоящей платины в топливных элементах без снижения их мощности. Во время испытаний катализатор сохранил 85% первоначальной производительности после 150 тыс. циклов изменения напряжения. По оценке исследователей, это может соответствовать примерно 25 тыс. часов работы.
«Новая углеродная наноструктура позволяет снизить содержание драгоценного металла и одновременно повысить активность и стабильность катализатора», — отметил руководитель исследования профессор Ган Ву.
Ученые создали полые пористые углеродные сферы с упорядоченными каналами, расходящимися от центра подобно лучам. Внутри этих каналов разместили наночастицы интерметаллического соединения платины и кобальта. Такая конструкция не позволила частицам слипаться и увеличиваться даже при нагревании до 1 тыс. градусов Цельсия. Их размер оставался менее 5 нанометров.
Высокая температура необходима для формирования упорядоченной структуры катализатора, повышающей его активность и устойчивость. Ранее материалы обычно нагревали не более чем до 700 градусов, поскольку при более высокой температуре наночастицы укрупнялись и теряли часть полезной поверхности. Новая углеродная основа позволила устранить это противоречие.
Радиальные каналы также облегчают движение протонов, кислорода и воды внутри электрода. Благодаря этому катализатор быстрее поддерживает химическую реакцию и эффективнее преобразует энергию топлива в электричество. Разработчики уже подали заявку на патент.
Топливные элементы соединяют водород и кислород, вырабатывая электричество, тепло и воду. В перспективе такие установки смогут обеспечивать энергией транспорт и центры обработки данных, снижая нагрузку на электросети.
Разработка может помочь уменьшить количество дорогостоящей платины в топливных элементах без снижения их мощности. Во время испытаний катализатор сохранил 85% первоначальной производительности после 150 тыс. циклов изменения напряжения. По оценке исследователей, это может соответствовать примерно 25 тыс. часов работы.
«Новая углеродная наноструктура позволяет снизить содержание драгоценного металла и одновременно повысить активность и стабильность катализатора», — отметил руководитель исследования профессор Ган Ву.
Ученые создали полые пористые углеродные сферы с упорядоченными каналами, расходящимися от центра подобно лучам. Внутри этих каналов разместили наночастицы интерметаллического соединения платины и кобальта. Такая конструкция не позволила частицам слипаться и увеличиваться даже при нагревании до 1 тыс. градусов Цельсия. Их размер оставался менее 5 нанометров.
Высокая температура необходима для формирования упорядоченной структуры катализатора, повышающей его активность и устойчивость. Ранее материалы обычно нагревали не более чем до 700 градусов, поскольку при более высокой температуре наночастицы укрупнялись и теряли часть полезной поверхности. Новая углеродная основа позволила устранить это противоречие.
Радиальные каналы также облегчают движение протонов, кислорода и воды внутри электрода. Благодаря этому катализатор быстрее поддерживает химическую реакцию и эффективнее преобразует энергию топлива в электричество. Разработчики уже подали заявку на патент.
Топливные элементы соединяют водород и кислород, вырабатывая электричество, тепло и воду. В перспективе такие установки смогут обеспечивать энергией транспорт и центры обработки данных, снижая нагрузку на электросети.
